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Previous issue date: 2012-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Epoxy resin / carbon nanotubes (CN) composites are widely used due to the versatile matrix phase and the excellent properties of the reinforcing phase. However, the development of polymer nanocomposites still faces three important challenges: interfacial interaction, dispersion and orientation of the reinforcing phase. This work studied the orientation process of NC by electric field of 100 V/cm, and how this phenomenon changes the properties of these materials. The in situ polymerization method was used to fabricate nanocomposites with multi-walled carbon nanotubes and epoxy resin. We made three sets of nanocomposites, each set contained five concentrations of CN: 0.00, 0.04, 0.08, 0.20 and 0.30 (v/v). In the manufacture of the first set, the samples were not subjected to an electric field during curing, while the second set of samples was prepared under an electric field of 100 V/cm at a frequency of 1 kHz during curing. The third set was prepared under an electric field of 100 V/cm at 60 Hz during curing. Viscosimetry techniques, optical microscopy, scanning electron microscopy, differential scanning calorimetry (DSC) and impedance spectroscopy were used to characterize the dispersion and orientation of carbon nanotubes. The viscosimetry shows that the nanocomposites exhibit a shear thinning behavior for all concentrations studied. However, the viscosity of the material increased considerably with CN concentration, ca. 50% for 0.30% (v/v) NC, difficulting the processing of samples. Optical and electronic microscopies showed that the manufacturing method used to disperse the CN did not provide a homogeneous dispersion. Using the impedance spectroscopy technique it was possible to characterize the orientation of the CN, since the electrical conductivity of all samples submitted to the electric field during curing showed an increase of 2.8 orders of magnitude compared to the set that was not subjected to the electric field. The orientation of the CN decreased the percolation threshold of the samples. Nanocomposite samples not subjected to the electric field during curing (ER) showed a percolation threshold of (0.06 ± 0.02) (v/v), while the set of samples subjected to the electric field (EA) had a percolation threshold (0,010 ± 0,005) (v/v). In these systems the direction of CN showed no dependence on the frequency of the applied electric field during curing, as the electrical conductivity of the samples prepared under the electric field oscillating at 1 kHz and that of the samples prepared at 60 Hz showed similar values. / Compósitos de resinas epoxídicas e nanotubos de carbono (NC) são materiais amplamente estudados para potenciais aplicações funcionais e estruturais, pois a fase matriz polimérica é versátil e a fase reforço apresenta excelentes propriedades. Porém, o desenvolvimento destes nanocompósitos poliméricos ainda enfrenta três desafios para que as propriedades da fase reforço sejam transferidas à matriz: a interação interfacial, a dispersão e a orientação da fase reforço. Nesse trabalho foi estudado o processo de orientação de NC por campo elétrico de 100 V/cm e como esse fenômeno altera as propriedades desses materiais. O método de polimerização ��in situ�� foi usado para fabricar nanocompósitos com nanotubos de carbono de paredes múltiplas e resina epóxi baseada no éter diglicidílico do bisfenol A (DGEBA), tendo em vista o estudo das suas propriedades elétricas. Foram fabricados três conjuntos de nanocompósitos, cada conjunto continha cinco concentrações de NC: 0,00; 0,04; 0,08; 0,20 e 0,30 % (v/v). Na fabricação do primeiro conjunto as amostras não foram submetidas ao campo elétrico durante a cura. Na fabricação do segundo conjunto as amostras foram submetidas a um campo elétrico de 100 V/cm com frequências de 1 kHz durante a cura. Na fabricação do terceiro conjunto as amostras foram submetidas a um campo elétrico de 100 V/cm com frequências de 60 Hz durante a cura. As técnicas de viscosimetria, microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura, calorimetria diferencial de varredura (DSC) e espectroscopia de impedância foram usadas para caracterizar a dispersão e orientação dos nanotubos de carbono. A viscosimetria mostrou que os nanocompósitos apresentam um comportamento pseudoplástico para todas as concentrações estudadas. Contudo, o aumento da concentração de NC aumentou também a viscosidade do material, em cerca de 150 % para 0,30 %(v/v) de NC, dificultando o processamento das amostras. As técnicas de microscopia ótica e eletrônica mostraram que o método de fabricação usado para dispersar os NC não proporcionou uma dispersão homogênea em escala nanométrica. Já com a técnica de espectroscopia de impedância foi possível caracterizar a orientação dos NC, pois a condutividade elétrica do conjunto de amostras submetidas ao campo elétrico durante a cura apresentou um incremento de 2,8 ordens de grandeza quando comparado ao conjunto não submetido ao campo elétrico. A orientação dos NC diminuiu o limiar de percolação das amostras, pois o conjunto de amostras de nanocompósitos não submetidas ao campo elétrico durante a cura apresentou um limiar de percolação de (0,06 ± 0,02) % (v/v). Já o conjunto de amostras de nanocompósitos submetidas ao campo elétrico apresentou um limiar de percolação de (0,010 ± 0,005) % (v/v). Nesse sistema a orientação dos NC não apresentou dependência à frequência do campo elétrico aplicado durante a cura, pois a condutividade elétrica das amostras submetidas ao campo elétrico oscilando a 1 kHz e das amostras submetidas ao campo elétrico oscilando a 60 Hz apresentaram valores similares.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:tede.udesc.br #179.97.105.11:handle/1609 |
| Date | 24 February 2012 |
| Creators | Hattenhauer, Irineu |
| Contributors | Pezzin, Sérgio Henrique |
| Publisher | Universidade do Estado de Santa Catarina, Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais, UDESC, BR, Ciência dos Materiais |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UDESC, instname:Universidade do Estado de Santa Catarina, instacron:UDESC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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